USB接口（Universal Serial Bus）是一種通用的高速串行接口。它最主要的特點(diǎn)是高速傳輸特性，可以很好地解決海量數(shù)據(jù)在嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)之間的互傳問(wèn)題；同時(shí)USB接口還具有熱插拔、速度快（具有3種數(shù)據(jù)傳輸模式，即低速、全速、高速；最快可達(dá)480 Mbps）和擴(kuò)展性好（最多可以連接127個(gè)USB設(shè)備）等特點(diǎn)，從而使得USB接口得到了廣泛的應(yīng)用。

1、USB芯片CY7C68013介紹

CY7C68013屬于Cypress公司的FX2系列產(chǎn)品，是Cypress公司生產(chǎn)的第一款USB2．0芯片。

CYTC68013是一個(gè)帶增強(qiáng)型MCS51內(nèi)核和USB接口的單片機(jī)，完全遵從USB2．O協(xié)議，可提供高達(dá)480 Mbps的傳輸率；內(nèi)部集成PLL（鎖相環(huán)），最高可使5l內(nèi)核工作在48MHz；對(duì)外提供兩個(gè)串口，可以方便地與外部通信；片內(nèi)擁有8 KB的RAM，可完全滿足系統(tǒng)每次傳輸數(shù)據(jù)的需要，無(wú)需再外接RAM。由于芯片內(nèi)部沒(méi)有ROM，一旦USB設(shè)備斷開(kāi)與PC的連接，程序代碼將無(wú)法保存，需要每次在PC機(jī)接入U(xiǎn)SB設(shè)備后，重新下載。另外，CY7C68013支持一種“E2PROM引導(dǎo)方式”，即先將固件下載到片外E2PROM中，當(dāng)每次USB設(shè)備通電后，F(xiàn)X2自動(dòng)將片外E2PROM中的程序讀入芯片中。

CY7C68013與外設(shè)有主／從兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO?？删幊探涌贕PIF是主機(jī)方式，可以通過(guò)軟件編寫(xiě)讀／寫(xiě)控制時(shí)序，靈活方便，幾乎可以與所有8／16位接口的控制器、存儲(chǔ)器和總線實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。Slave FTFO是從機(jī)方式，外部控制器可以像對(duì)待普通FIFO一樣對(duì)芯片內(nèi)的多個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行讀／寫(xiě)；S1ave FIFO方式也可以靈活配置，以適應(yīng)不同的需要。

2、硬件設(shè)計(jì)思想

USB數(shù)據(jù)傳輸流程如圖l所示。

工作流程可分為兩個(gè)部分：芯片初始化部分和數(shù)據(jù)傳輸部分。

2.1 芯片初始化部分

本部分是適用于任何USB傳輸過(guò)程中的芯片初始化部分。當(dāng)USB接口接入PC后，首先進(jìn)行PC的設(shè)備搜索，從USB端獲得設(shè)備的VID／PID，以及USB芯片的工作方式；然后PC機(jī)通過(guò)得到的VID／PID獲取設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，保證設(shè)備的工作。與此同時(shí)，USB芯片上電開(kāi)始，MCU開(kāi)始從E2PROM中獲取MCU的工作狀態(tài)、采用的工作模式、數(shù)據(jù)傳輸方式、所用到傳輸方式端點(diǎn)的大小以及傳輸方向，并對(duì)接口器件進(jìn)行相應(yīng)芯片寄存器的初始化。實(shí)現(xiàn)內(nèi)容因具體芯片而異，因此確定接口器件后再說(shuō)明寄存器初始化的方法。

2．2 數(shù)據(jù)傳輸部分

不同器件相接實(shí)現(xiàn)方式不同，在此以CY7C68013與DSP6416 HPI接口數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)為例，介紹數(shù)據(jù)傳輸流程。

首先，簡(jiǎn)單地介紹一下DSP611 6 HPI接口。HPI是一個(gè)并行端口，通過(guò)HPI可以直接訪問(wèn)DSP的存儲(chǔ)空間，也可以通過(guò)DMA／EDMA控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)。HPI口可以提供16／32位的數(shù)據(jù)接口，通過(guò)主機(jī)或者CPU訪問(wèn)HPI控制寄存器（HPIC）來(lái)確定HPI接口的數(shù)據(jù)帶寬。

確定了DSPHPI作為USB的接口器件，DSPHPI接口的初始化如下：對(duì)于DSP，為了滿足數(shù)據(jù)的正常傳輸，需要對(duì)HPIC寄存器進(jìn)行設(shè)置，即設(shè)置字長(zhǎng)，初始化時(shí)假設(shè)DSP向主機(jī)發(fā)送中斷和Ready信號(hào)。因?yàn)闆](méi)有用到HPT的地址線，因此不需要設(shè)置HPIA寄存器。此時(shí)DSP已經(jīng)做好了接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

為了滿足與HPI接口讀／寫(xiě)時(shí)序的無(wú)縫連接，此處采用了GPIF傳輸模式。流程如下：

當(dāng)數(shù)據(jù)PC端發(fā)送時(shí)，USB收發(fā)機(jī)將收到的信號(hào)發(fā)送給CY7C68013，USB芯片接收到數(shù)據(jù)后先存放在端點(diǎn)寄存器里，等到數(shù)據(jù)放滿數(shù)據(jù)緩存區(qū)時(shí)，USB芯片啟動(dòng)GPIF，將數(shù)據(jù)送入DSP。當(dāng)DSP接收到數(shù)據(jù)后會(huì)對(duì)HPIC控制器進(jìn)行設(shè)置，發(fā)送給USB中斷信號(hào)，提示收到數(shù)據(jù)包，即完成1次PC→DSP傳輸。

當(dāng)數(shù)據(jù)從DSP端發(fā)送時(shí)，HPIC寄存器發(fā)送中斷至USB芯片，USB芯片做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；然后HPI將數(shù)據(jù)送入U(xiǎn)SB芯片，等數(shù)據(jù)緩存區(qū)放滿l024字節(jié)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)USB發(fā)送至PC機(jī)接收端。

3、硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

如前所述，接口電路方面USB為了滿足HPI接口的讀／寫(xiě)時(shí)序采用GPIF方式。

3.1 CY7C68013與HPI接口電路

CY7C68013與HPT接口電路原理圖如圖2所示。

這里需要說(shuō)明的有如下幾點(diǎn)：

①HHWIL主要用來(lái)區(qū)分第1個(gè)／第2個(gè)Halfword的傳輸，且僅在半寧傳輸時(shí)出現(xiàn)。由于主機(jī)沒(méi)有數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用的情況，因此在這里將HAS置高電平。

HDSl、HDS2作為數(shù)據(jù)選通信號(hào)，主要用于主機(jī)尋址HPI周期內(nèi)控制數(shù)據(jù)傳輸，在本次工作中沒(méi)有用到，而為了調(diào)試方便，保留了HDSl和HDS2，通過(guò)高低電平控制它們的變化。由于HDSl、HDS2和HCS在片內(nèi)是組合為一個(gè)低有效的HSTROBE信號(hào)，其組成關(guān)系如下：

HSTROBE=NOT（HDSl XOR HDS2）OR HCS所以HDSl置低電平，HDS2置高電平，利用HCS的信號(hào)變化控制HPI讀／寫(xiě)初始化。

②HCNTL［1：O］主要用來(lái)控制當(dāng)前訪問(wèn)的是HPI的哪個(gè)寄存器。在HP1初始化時(shí)完成HPIC寄存器的控制信息。HPID寄存器主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)的讀?。瘜?xiě)入。此處沒(méi)有用到HPI的地址操作，因此HPIA作為地址寄存器不需要送入控制信息。

③HD［15：O］對(duì)應(yīng)于PB［7：o］、PD［7：0］接口，由于為半字傳輸方式，因此在這里需要將HD5置低電平，以滿足芯片復(fù)位時(shí)HD5為低電平。

3.2 固件調(diào)試部分

固件程序流程圖如圖3所示。

（1）初始化部分

該部分用來(lái)確定整個(gè)過(guò)程采用的方式，確定端點(diǎn)的傳輸方式、方向和緩存區(qū)的大小，設(shè)置HPI接口的HPIC寄存器以及設(shè)備的枚舉。本設(shè)計(jì)采用的是GPIF傳輸方式，端點(diǎn)選擇的是批量傳輸。采用的端點(diǎn)是EP2和EP6。EP2傳輸方向?yàn)镺UT，緩存區(qū)大小為1024字節(jié)；EP6傳輸方向?yàn)镮N，緩存區(qū)大小為l024字節(jié)；通過(guò)對(duì)HPIC的操作確定HPI的工作方式以及HPID的數(shù)據(jù)傳輸方式。編寫(xiě)GPIF數(shù)據(jù)中斷函數(shù)和USB設(shè)備描述符。

（2）GPIF波形部分

GPIF波形采用Cypress公司提供的GPIF Designer來(lái)實(shí)現(xiàn)。GPIF Designer通過(guò)簡(jiǎn)單形象的界面解決了復(fù)雜程序表示的GPIF時(shí)序設(shè)計(jì)問(wèn)題。與DSP HPI接口相符合的讀、寫(xiě)時(shí)序如圖4和圖5所示。

（3）中斷產(chǎn)生時(shí)GPIF數(shù)據(jù)傳輸

在程序中實(shí)現(xiàn)每當(dāng)緩存區(qū)數(shù)據(jù)達(dá)到l024字節(jié)或?yàn)樽詈笠话鼣?shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。下面的程序是EP2將數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP端的程序：

EP6將從DSP收到的數(shù)據(jù)傳給主控端的程序如下：

4、總 結(jié)

本文以CY7C68013和DSP HPI接口為例描述了USB芯片的固件程序流程和設(shè)計(jì)思想。通過(guò)采用GPIF模擬了HPI接口的讀／寫(xiě)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了DSP與USB的無(wú)縫連接。